KR100921667B1

KR100921667B1 - 2 행정 내연기관의 대형 실린더 라이너

Info

Publication number: KR100921667B1
Application number: KR1020080002764A
Authority: KR
Inventors: 한신
Original assignee: 그린파워테크(주)
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-10-15
Also published as: KR20090076680A

Abstract

본 발명은 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너 특히 내경 300mm이상의 대형 실린더 라이너에 있어서 대형 실린더 라이너를 흡입공 부위를 기준으로 흡입공 상단부위, 흡입공 부위, 흡입공 하단부위로 나뉘며 흡입공 부위의 실린더 라이너 내경이 흡입공 상단 부위의 실린더 라이너 내경에 비하여 큰 것을 특징으로 하는 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너.

흡입공, 피스톤, 실린더 헤드

Description

2 행정 내연기관의 대형 실린더 라이너 {LARGE CYLINDER LINER FOR TWO-CYCLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 2 행정 내연기관의 실린더 라이너, 특히 내경 300mm 이상의 대형 실린더 라이너(이하 "대형 실린더 라이너")에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형 실린더 라이너의 내경을 축방향으로 변경함으로써, 운전중 대형 실린더 라이너와 피스톤 링과의 마찰로 인한 충격으로 발생하는 링 외주면의 도금의 박리, 링의 파손, 라이너 내벽의 긁힘을 방지하여, 링과 라이너의 내구성 향상과 운전 도중 사고를 예방하는 대형 실린더 라이너의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 2 행정 내연기관의 본체는 실린더 헤드, 실린더 블록, 크랭크 케이스 3부분의 몸체로 구분되며 기관의 몸체인 실린더 블록의 실린더 내부에는 피스톤이 왕복 운동을 하며 크랭크 샤프트로 동력을 전달한다.

실린더 블록에 있어서 가솔린 기관보다 압축비가 높은 디젤 기관에서는 실린더 블록의 실린더 내구성을 높이기 위하여 실린더 내벽에 실린더 블록보다 내구성이 강한 인이나 크롬으로 도금한 라이너를 삽입하여 사용하며, 실린더 블록과 실린더가 일체형으로 제작되어 사용되는 가솔린 기관에 있어서도 실린더 벽이 마모된 경우에는 보링을 하여 얇아진 실린더 내벽에 라이너를 끼워서 상기의 가솔린 기관을 재사용하기도 한다.

이와 같이 2행정 내연기관에서 사용되는 종래의 실린더 라이너, 특히 내경 300mm이상의 대형 실린더 라이너(이하 "대형 실린더 라이너")는 그 내경의 형상이 축방향으로 크기가 동일하며 진원통으로 이루어져 있는데, 폭발행정으로 인해 대형 실린더 라이너 내부가 뜨거워져서 대형 실린더 라이너의 상단부와 피스톤은 그 크기가 상온에서보다 팽창하게 되나, 대형 실린더 라이너의 하단부에는 흡입공을 통하여 라이너 내벽보다 온도가 낮은 차가운 공기가 유입되게 되어 흡입공을 포함하는 흡입공 높이의 대략 3~4.5배의 높이를 갖는 영역 (이하 "흡입공 부위"라 한다)에는 실린더 라이너의 내경이 냉각으로 인해 수축되게 된다. 이때 피스톤과 대형 실린더 라이너 사이에 기밀 작용을 하는 피스톤 링은 하사점 시에 흡입공 아래까지 하강하게 되는데, 폭발 행정으로 열 팽창된 피스톤 링이 수축으로 좁아진 흡입공 부위의 대형 실린더 라이너 내경을 통과하면서 여유 간극이 부족하여 피스톤 링의 과도한 충격이 발생하게 된다, 따라서 피스톤링의 찰상과 도금 층 박리 및 파손으로 많은 문제가 발생한다.

상기와 같은 문제는 종래의 축방향으로 일정한 실린더 라이너 내경을 갖는 원통형 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너에서 개선해야되는 문제로 이에 본 발명은 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너 내경에 변화를 주어 상기의 문제점을 개선하고자 하는 것이다.

상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 대형 실린더 라이너의 내부가 일정하지 않은 온도 분포에 따라 열팽창이 다른 대형 실린더 라이너의 내경 크기를 보정하여 기관의 운전 도중 사고 발생을 예방하고, 대형 실린더 라이너의 마모도 적게 하여 기관의 사용 수명 연장과 기관 성능을 보장하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 2행정 내연 기관의 내경 300mm 이상인 대형 실린더 라이너를, 흡입공 높이의 3 ~ 4.5배의 높이를 가지며 흡입공을 포함하는 흡입공 부위를 기준으로, 실린더 라이너를 흡입공 상단부위, 흡입공 부위, 흡입공 하단부위로 나누고, 상기 흡입공 상단부위의 실린더 라이너의 내경은 일정하고, 상기 흡입공 부위의 실린더 라이너의 내경이 상기 흡입공 상단부위의 실린더 라이너 내경보다 크며, 흡입공 부위의 내측면 구간에는 흡입공 상단부위 및 흡입공 하단 부위와 연결되는 부분에서 곡면이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있으며. 또한 상기 내측면 구간은 전체가 곡면으로 이루어지는 것일 수도 있으며, 또는 상부 및 하부는 곡면으로 이루어지고 중앙부위는 직선 구간으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 내측면 구간들에서 형성되는 곡면구간은 흡입공 부위의 실린더 라이너 내경(D1)의 0.25배 이상인 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 흡입공 부위의 실린더 라이너 내경(D2)은 D1을 상기 흡입공 상단부위의 실린더 라이너 내경이라고 할때 D2=D1+(2.2~0.6)×D1/1000일 수 있으며, 상기 흡입공 하단부위의 실린더 라이너 내경(D3)은 D3=D1+(0.2~0.6)×D1/1000일 수 있는 것을 특징으로 하는 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너이다.

본 발명은 흡입공 부위의 실린더 라이너 내경을 흡입공 하단부위 또는 흡입공 상단부위의 실린더 라이너 내경 보다 크게 함으로써 종래의 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너의 문제점인 폭발 행정에 의해 열 팽창된 피스톤 링이 수축으로 좁아진 흡입공 부위의 실린더 라이너 내경을 통과하는 과정에서 발생하는 여유 간극의 부족 문제를 개선하였다. 이와 같이, 본 발명은 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너 내경을 보정하여 종래의 여유 간극이 부족하여 발생하는 피스톤 링의 과도한 충격에 의한 피스톤링의 찰상과 도금 층 박리 및 파손의 문제를 해결하였고 이에 의하여 기관의 운전 도중 사고 발생을 예방할 수 있으며, 대형 실린더 라이너의 마모도 적어져 기관의 사용 수명 연장이 가능하고 기관 성능도 보장할 수 있게 되었다.

도 1은 종래의 축 방향으로 실린더 라이너 내경이 일정한 대형 실린더 라이너이며, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 단면도이다. 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 1에 따르면 본 발명의 대형 실린더 라이너(10)는, 실린더 헤드(30)와 피스톤(20)과 더불어 기관에서 연소실을 형성하며 기관의 압축폭발이 진행되었을 때 피스톤은 하단부위로 자유롭게 하향 운동을 할 수 있도록 되어 있다.

도 1에서의 종래의 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너에 있어서는 피스톤(20)의 하사점에서 흡입공(11)을 통하여 많은 공기가 대형 실린더 라이너(10) 내로 흡입되는데, 흡입되는 공기는 냉각된 공기로 흡입공 부위(16)의 온도를 낮추게 되어 흡입공 부위의 실린더 라이너 내경(D2)이 작아지게 되며 흡입공 하단부위(17) 또한 흡입공 부위(16) 만큼은 아니어도 폭발행정에 의한 열이 흡입공 하단부위까지 용이하게 전달되지 않아 흡입공 상단부위(15)에 비하여 실린더 라이너 내경이 작아지게 된다. 따라서, 흡입공(12) 부위와 흡입공 하단부위(17)의 실린더 라이너 내경 치수를 보정하여 수축에 대응하여야 한다.

즉, 폭발 행정에 의해 열팽창된 피스톤(20)에 비하여 상대적으로 차가운 흡입공기의 유입으로 흡입공 부위(16)가 수축되고 열전달이 덜 되는 흡입공 하단부위 (17) 또한 수축한다. 이로 인하여 피스톤링이 흡입공 부위(16)와 흡입공 하단부위(17)에서 억지끼움 현상이 발생하여 피스톤 링의 도금 박리 및 파손, 이에 따른 긁힘 등의 문제 및 실린더와 피스톤의 찰상, 이에 따른 스커핑, 스크래치 현상이 발생하는바 피스톤과 대형 실린더 라이너의 부족해지는 간극을 예방하는 조치는 안전운전의 필요 조건이 된다.

이에 본 발명의 일실시 예인 도 2의 2 행정기관 대형 실린더 라이너는, 흡입공(111) 높이(L1)의 3 ~ 4.5배의 높이를 가지며 흡입공(111)을 포함하는 흡입공 부위(116)를 기준으로 대형 실린더 라이너를 흡입공 상단부위(115), 흡입공 부위(116) 및 흡입공 하단부위(117)로 나뉘며 흡입공 상단 부위의 실린더 라이너 내경(D1), 흡입공 부위(116)의 실린더 라이너 내경(D2) 또는 흡입공 하단부위(117)의 실린더 라이너 내경(D3)의 크기를 다르게 하며 흡입공 상단부위(115), 흡입공 부위(116) 및 흡입공 하단부위(117)가 이어지는 것을 특징으로 하는 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너로서, 더욱 구체적으로는 흡입공 부위의 실린더 라이너 내경(D2)이 대형 실린더 라이너의 다른 부분의 내경(D1, D3)에 비해 더 큰 내경을 가지며 또한 본 발명의 대형 실린더 라이너는 흡입공 상단부위의 라이너 내경(D1)과 흡입공 아래쪽의 라이너의 내경(D3)이 서로 다르게 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는 흡입공 부위(116)는 흡입공 높이(118,L1)의 3 ~ 4.5배 되며 전체가 곡면으로 이루어진 내측면 구간(119, L2)을 형성하고, 상기 내측면 구간은 흡입공 상단부위(115)와 흡입공 하단부위(117)로 자연스런 곡면을 형성하여 연결되며, 상기 내측면 구간(119)의 곡률 반경(R1)은 흡입공 상단부위(115)의 실린더 라이너 내경(D1)의 0.25배 이상 1배 이하로 구성할 수 있으며, 이는 도 3의 확대된 대형 실린더 라이너의 단면에서 상세히 볼 수 있다.

또한, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 흡입공 부위(116)에서 전체가 곡면으로 이루어지는 내측면 구간(119)을 형성하는 도 2의 발명과는 달리 도 4의 발명은 상부 및 하부의 곡면 구간(222)과 중앙부의 직선구간(221)으로 이루어진 내측면 구간(219)이 흡입공 부위(216)에 형성되며, 상기 상부 및 하부의 곡면 구간(222)은 흡입공 상단 부위(215) 및 흡입공 하단부위(216)와 각각 연결되고, 상기 곡면 구간(222)의 곡률 반경(R2)은 흡입공 상단부위(215)의 실린더 라이너 내경(D1)의 0.25배 이상 1배 이하로 구성할 수 있으며 이는 도 5의 확대된 대형 실린더 라이너의 단면에서 상세히 볼 수 있다.

이와 같이 내측면 구간(119, 219)과 곡률 반경(R1, R2)을 구비하여 피스톤이 대형 실린더 라이너 내부에서 자연스럽게 작동할 수 있게 하면, 긁힘, 찰상 및 스크래핑 현상이 발생하지 않게 할 수 있다.

도 2 내지 도 5의 발명은 더욱 바람직하게는 흡입공 상단부위의 실린더 라이너 내경(115, 215)을 D1이라 할 때, D1에 비해 흡입공 부위(116, 216)의 실린더 라이너 내경(D2)을 D1+(2.2~0.6)×D1/1000=D2로 구성할 수 있으며, 흡입공 상단부위(115, 215)의 실린더 라이너 내경(D1)에 비해 흡입공 하단부위(117, 217)의 실린더 라이너 내경(D3)은 D1+(0.2~0.6)×D1/1000=D3로 구성할 수 있다.

이와 같은 수치의 한정은 피스톤이 실린더 내에서 원활하게 작동하기 위한 최적의 상태로서 흡입공 부위와 흡입공 하단부위의 내경 치수가 이보다 작은 경우에는 실린더 내의 불균일한 열 팽창에 의해 발생하는 피스톤 링의 억지 끼움 현상의 문제점을 개선할 수 없으며, 반대로 흡입공 부위와 흡입공 하부의 수치 범위가 이보다 큰 경우에는 대형 실린더 라이너의 내경이 너무 커서 압축 폭발 행정에서 흡입공에 의한 흡입 공기의 역류 현상이 발생할 뿐만 아니라 피스톤에 비하여 상대적으로 큰 대형 실린더 라이너의 내경에 의해 피스톤이 좌우로 진동이 발생하는 문제점이 발생한다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명에 제공하는 2행정 내연기관의 대형 실린더 라이너는 흡입공 부위(116, 216)의 실린더 라이너 내경(D2)을 크게 가공하여 흡입공(111, 211)에서 유입되는 차가운 공기로 인한 흡입공 부위(116, 216)가 흡입공 상단부위(115, 215)보다 작게 수축되는 것을 막아주고, 흡입공 하단부위(117, 217) 또한 연소시 발생하는 열의 열전달이 적어 실린더 내벽 팽창이 상대적으로 적으므로 흡입공 하단 부위(117, 217)의 실린더 라이너 내경(D3)을 흡입공 상단부위(115, 215)의 실린더 라이너 내경(D1)보다 크게 가공하여 운전 중 발생하는 일정하지 않은 열 분포 상태에 의한 열팽창에도 불구하고 균일한 실린더 라이너 내경을 가질 수 있다.

또한, 흡입공의 높이보다 넓은 곡률 구간을 갖게 해서, 피스톤의 상하 왕복 운동시 급격한 대형 실린더 라이너 내경의 변화로 인한 피스톤 링의 무리를 없게 할 수 있다.

비록, 본 발명이 첨부되는 도면에 의해 설명되었을 지라도 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 하기의 특허청구범위 내에서 많은 수정 및 변형이 있을 수 있음은 물론이다.

도 1은 종래 대형 실린더 라이너.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 대형 실린더 라이너 단면도.

도 3은 도 2의 3부분에 대한 확대 단면도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 대형 실린더 라이너 단면도.

도 5는 도 4의 5부분에 대한 확대 단면도.

*도면의 주요부호에 대한 설명*

10: 대형 실린더 라이너 11 : 흡입공

15: 흡입공 상단부위 16: 흡입공 부위

17: 흡입공 하단 부위 20: 피스톤

30: 실린더 헤드 110: 대형 실린더 라이너

111, 211 : 흡입공 115, 215: 흡입공 상단부위 116, 216: 흡입공 부위 117, 217: 흡입공 하단 부위 118, 218: 흡입공 높이 119, 219: 완만한 구간

120, 220: 피스톤 130, 230: 실린더 헤드

Claims

삭제
2행정 내연 기관의 내경 300mm 이상인 대형 실린더 라이너에 있어서,

흡입공(111) 높이(L1)의 3 ~ 4.5배의 높이를 가지며 흡입공(111)을 포함하는 흡입공 부위(116)를 기준으로, 실린더 라이너를 흡입공 상단부위(115), 흡입공 부위(116), 흡입공 하단부위(117)로 나누고, 상기 흡입공 상단부위(115)의 실린더 라이너의 내경은 일정하며, 상기 흡입공 부위(116)의 실린더 라이너의 내경이 상기 흡입공 상단부위(115)의 실린더 라이너 내경(D1)보다 크며, 흡입공 부위(116)의 내측면 구간(119, 219)에는 흡입공 상단부위(115) 및 흡입공 하단 부위(117)와 연결되는 부분에서 곡면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2행정 내연 기관의 내경 300mm 이상인 대형 실린더 라이너.
제2항에 있어서,

상기 내측면 구간(119)은 전체가 곡면으로 이루어지며 상기 곡면의 곡률 반경(R1)은 상기 흡입공 상단부위의 실린더 라이너 내경(D1)의 0.25배 이상 1배 이하로 하는 것을 특징으로 하는 2행정 내연 기관의 내경 300mm 이상인 대형 실린더 라이너.
제2항에 있어서,

상기 내측면 구간(219)은 상부 및 하부의 곡면 구간(222)과 중앙부의 직선구간(221)을 구비하며 상기 곡면 구간(222)의 곡률 반경은 상기 흡입공 상단부위의 실린더 라이너 내경(D1)의 0.25배 이상 1배 이하로 하는 것을 특징으로 하는 2행정 내연 기관의 내경 300mm 이상인 대형 실린더 라이너.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 흡입공 부위의 실린더 라이너 내경(D2)은 D1+(2.2~0.6)×D1/1000이며, D1은 상기 흡입공 상단부위의 실린더 라이너 내경인 것을 특징으로 하는 2행정 내연기관의 내경 300mm 이상인 대형 실린더 라이너.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 흡입공 하단부위의 실린더 라이너 내경(D3)은 D1+(0.2~0.6)×D1/1000이며, D1은 흡입공 상단부위의 실린더 라이너 내경인 것을 특징으로 하는 2행정 내연기관의 내경 300mm 이상인 대형 실린더 라이너.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 흡입공 부위의 실린더 라이너 내경(D2)은 D1+(2.2~0.6)×D1/1000이고, 상기 흡입공 하단부위의 실린더 라이너 내경(D3)은 D1+(0.2~0.6)×D1/1000이며, D1은 상기 흡입공 상단부위의 실린더 라이너 내경인 것을 특징으로 하는 2행정 내연기관의 내경 300mm 이상인 대형 실린더 라이너.